(57)【要約】【課題】本発明は、角速度センサに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わった場合であっても、出力信号が変動するということのない、出力信号の精度が向上した３軸検出角速度センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の３軸検出角速度センサは、防振部材７１により角速度検出素子２０のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３軸方向の不要な振動を減衰させるように構成したものである。【選択図】図２
2010190705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向の角速度を検出可能な角速度検出素子と、この角速度検出素子の上面または下面に当接するように設けるとともに前記角速度検出素子と電気的に接続されかつＩＣ用電極パッドを設けたＩＣと、前記角速度検出素子およびＩＣを内側に収納するとともにＩＣにおける前記ＩＣ用電極パッドとリードワイヤーにより電気的に接続された接続用電極パッドを設けたケースとを備え、前記ケースの内側に樹脂製の防振部材を充填するとともに、この防振部材により角速度検出素子のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３軸方向の不要な振動を減衰させるように構成した３軸検出角速度センサ。
【請求項２】
防振部材を角速度検出素子におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向にわたって設けた請求項１記載の３軸検出角速度センサ。
【請求項３】
樹脂製の防振部材をウレタンゲルまたはシリコンゲルとした請求項１記載の３軸検出角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向の角速度を検出することが可能な３軸検出角速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の角速度センサは、図１５に示すように構成されていた。
【０００３】
図１５は従来の角速度センサの斜視図である。
【０００４】
図１５において、１は角速度検出素子で、この角速度検出素子１はＺ方向に立設された４つの振動部２を設けるとともに、この振動部２の外側面に圧電素子３を設け、さらに、振動部２の下部を一体に接続する接続部４を設けている。５は錘部で、この錘部５は前記角速度検出素子１における接続部４の下面に固着されている。６は金属製の防振部材で、この金属製の防振部材６は前記錘部５の下面と固着されているとともに、上方から下方にわたって台形形状の孔７を設け、かつ中心からＸ軸方向またはＹ軸方向に向かって延出する支持部８を設けている。また、前記金属製の防振部材６の外周側には、固定部９を設けており、この固定部９により、前記支持部８の外周側を連接して固定している。１０はケースで、このケース１０は前記金属製の防振部材６における固定部９の下面を上面に固定するとともに、前記角速度検出素子１の下側に位置して、直方体形状の穴１１を設けている。１２はシリコンゲルからなる防振部材で、この防振部材１２は前記ケース１０における穴１１に充填されており、さらに、前記金属製の防振部材６における孔７にも充填されている。そして、前記シリコンゲルからなる防振部材１２は角速度検出素子１のＺ軸方向に設けられている。
【０００５】
以上のように構成された従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。
【０００６】
前記角速度検出素子１における圧電素子３に交流電圧を印加すると、図１６に示すように、角速度検出素子１における４つの振動部２は、断面の対角線の方向でかつ互いに異なる方向に振動駆動する。そして、この状態において、角速度検出素子１にＺ軸周りの角速度が発生すると、図１７に示すように、振動駆動方向と垂直な方向にＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が生じて振動部２が振動する。この振動により振動部２における圧電素子３に発生する電荷を、増幅して電圧に変換することにより、角速度検出素子１に発生する角速度を検出することができるものである。
【０００７】
ここで、角速度センサに外部より、Ｚ軸方向の衝撃荷重が加わる場合を考えると、従来の角速度センサにおいては、シリコンゲルからなる防振部材１２を角速度検出素子１のＺ軸方向に設けているため、防振部材１２の粘弾性により、衝撃荷重により生じた不要な振動を減衰させることとなる。従って、Ｚ軸方向の衝撃荷重の影響により、角速度センサからの出力信号の変動を防止できるものであった。
【０００８】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２０００−２１３９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の構成においては、シリコンゲルからなる防振部材１２を角速度検出素子１のＺ軸方向にのみ設けているため、Ｚ軸方向の不要な振動を減衰させることができる反面、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に、衝撃荷重が加わった場合には、その衝撃荷重により角速度検出素子が、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に振動することとなり、角速度センサからの出力信号が変動してしまうという課題を有していた。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、角速度センサに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わった場合であっても、出力信号が変動するということのない、出力信号の精度が向上した３軸検出角速度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有する。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向の角速度を検出可能な角速度検出素子と、この角速度検出素子の上面または下面に当接するように設けるとともに前記角速度検出素子と電気的に接続されかつＩＣ用電極パッドを設けたＩＣと、前記角速度検出素子およびＩＣを内側に収納するとともにＩＣにおける前記ＩＣ用電極パッドとリードワイヤーにより電気的に接続された接続用電極パッドを設けたケースとを備え、前記ケースの内側に樹脂製の防振部材を充填するとともに、この防振部材により角速度検出素子のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３軸方向の不要な振動を減衰させるようにしたもので、この構成によれば、防振部材により角速度検出素子のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３軸方向の不要な振動を減衰させるようにしたため、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に、衝撃荷重が加わった場合であっても、角速度検出素子がＸ軸方向またはＹ軸方向に振動することがなくなり、これにより、出力信号が安定するという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、防振部材を角速度検出素子におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向にわたって設けたもので、この構成によれば、防振部材を角速度検出素子におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向にわたって設けたため、防振部材の粘弾性により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わっても角速度検出素子に生じる不要な振動を減衰させることができることとなり、これにより、角速度検出素子からの出力信号が安定するという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、樹脂製の防振部材をウレタンゲルまたはシリコンゲルとしたもので、この構成によれば、樹脂製の防振部材をウレタンゲルまたはシリコンゲルとしたため、液状の状態で、角速度検出素子を収納するケース内に充填した後、防振部材を硬化させることができることとなり、これにより、容易に防振部材を角速度検出素子のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向にわたって設けることが出来るという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の３軸検出角速度センサは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向の角速度を検出可能な角速度検出素子と、この角速度検出素子の上面または下面に当接するように設けるとともに前記角速度検出素子と電気的に接続されかつＩＣ用電極パッドを設けたＩＣと、前記角速度検出素子およびＩＣを内側に収納するとともにＩＣにおけるＩＣ電極バッドとリードワイヤーにより電気的に接続された接続用電極パッドを設けたケースとを備え、前記ケースの内側に樹脂製の防振部材を充填するとともに、この防振部材により角速度検出素子のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３軸方向の不要な振動を減衰させるようにしたもので、この構成によれば、防振部材により角速度検出素子のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３軸方向の不要な振動を減衰させるようにしたため、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に、衝撃荷重が加わった場合であっても、角速度検出素子が衝撃荷重によりＸ軸方向またはＹ軸方向に振動することがなくなり、これにより、出力信号が安定した角速度センサを提供することができるという効果を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態における３軸検出角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態における角速度センサの斜視図、図２は同角速度センサの側断面図、図３は同角速度センサにおける角速度センサ素子の側断面図、図４は同角速度センサ素子の上面図である。図５は同角速度センサにおける角速度センサ素子の圧電体を設けた箇所の側断面図、図６は同角速度センサの回路図である。
【００１８】
図１〜図６において、２０はＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向の角速度を検出可能な角速度検出素子で、この角速度検出素子は、上面の両辺側に段差部２０ａを設けるとともに、この段差部２０ａに複数の素子用電極パッド２０ｂを設けている。また、前記角速度検出素子２０は、図３に示すように、内部に直方体形状のＳｉからなる質量部２１を設けている。そしてまた、前記角速度検出素子２０には、Ｓｉからなる第１のＸ軸方向支持部材２２を設けており、この第１のＸ軸方向支持部材２２は、前記質量部２１における一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のＰＺＴからなる外側駆動圧電体２３を設け、さらに上面の内側に一対のＰＺＴからなる内側駆動圧電体２４を設けているものである。また、前記第１のＸ軸方向支持部材２２の上面には、前記一対の外側駆動圧電体２３の間に位置して、外側検出圧電体２５を設けており、さらに前記内側駆動圧電体２４の間に位置して、内側検出圧電体２６を設けているものである。さらに、前記角速度センサ素子２０にはＳｉからなる第２のＸ軸方向支持部材２７を設けており、この第２のＸ軸方向支持部材２７は、前記質量部２１における前記第１のＸ軸方向支持部材２２を設けた側と反対側の一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のＰＺＴからなる外側駆動圧電体２８を設け、さらに上面の内側に一対のＰＺＴからなる内側駆動圧電体２９を設けているものである。また、前記第２のＸ軸方向支持部材２７の上面には、前記一対の外側駆動圧電体２８の間に位置して、外側検出圧電体３０を設けており、さらに前記内側駆動圧電体２９の間に位置して、内側検出圧電体３１を設けているものである。
【００１９】
また、前記角速度センサ素子２０にはＳｉからなる第１のＹ軸方向支持部材３２を設けており、この第１のＹ軸方向支持部材３２は、前記質量部２１における一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のＰＺＴからなる外側駆動圧電体３３を設け、さらに上面の内側に一対のＰＺＴからなる内側駆動圧電体３４を設けているものである。また、前記第１のＹ軸方向支持部材３２の上面には、前記一対の外側駆動圧電体３３の間に位置して、外側検出圧電体３５を設けており、さらに前記内側駆動圧電体３４の間に位置して、内側検出圧電体３６を設けているものである。そしてまた、前記第１のＹ軸方向支持部材３２の上面には、前記外側駆動圧電体３３の外側に位置して外側モニタ圧電体３７を設けるとともに、内側駆動圧電体３４の外側に位置して内側モニタ圧電体３８を設けているものである。
【００２０】
そしてまた、前記角速度センサ素子２０にはＳｉからなる第２のＹ軸方向支持部材３９を設けており、この第２のＹ軸方向支持部材３９は、前記質量部２１における前記第１のＹ軸方向支持部材３２を設けた側と反対側の一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のＰＺＴからなる外側駆動圧電体４０を設け、さらに上面の内側に一対のＰＺＴからなる内側駆動圧電体４１を設けているものである。また、前記第２のＹ軸方向支持部材３９の上面には、前記一対の外側駆動圧電体４０の間に位置して、外側検出圧電体４２を設けており、さらに前記内側駆動圧電体３９の間に位置して、内側検出圧電体６７を設けているものである。そしてまた、前記第２のＹ軸方向支持部材３９の上面には、一対の内側駆動圧電体４１の外側に位置して一対の内側モニタ圧電体４３を設けているものである。
【００２１】
また、前記第１のＸ軸方向支持部材２２の上面に位置する外側駆動圧電体２３および外側検出圧電体２５は、図５に示すように、Ｓｉからなる第１のＸ軸方向支持部材２２の上面に設けたＰｔとＴｉとの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極４４の上面に設けられ、そして、外側駆動圧電体２３の上面に駆動電極４５を設けるとともに、外側検出圧電体２５の上面に検出電極４６を設けているものである。
【００２２】
そして、前記外側駆動圧電体２３、２８、３３、４２、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１、外側検出圧電体２５、３０、３５、４２および内側検出圧電体２６、３１、３６、４３は回路パターン（図示せず）により、前記素子用電極パッド２０ｂと電気的に接続されている。
【００２３】
そしてまた、前記質量部２１は、第１のＸ軸方向支持部材２２、第２のＸ軸方向支持部材２７、第１のＹ軸方向支持部材３２および第２のＹ軸方向支持部材３９で支持することにより、Ｘ軸方向の駆動周波数が３９ｋＨｚ、Ｙ軸方向の駆動周波数が４１ｋＨｚ、Ｚ軸方向の駆動周波数が４０ｋＨｚになるように構成されているものである。すなわち、質量部２１の駆動周波数がＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向でそれぞれ異なるようにするとともに、Ｚ軸方向の駆動周波数が中央の値になるように設定されているものである。
【００２４】
そして、前記第１のＸ軸方向支持部材２２、第２のＸ軸方向支持部材２７、第１のＹ軸方向支持部材３２および第２のＹ軸方向支持部材３９は、図４に示すように、それらの間に４つの孔１９を有するとともに、外周側を一体に接続した外周部６９を設けているものである。
【００２５】
４７はＳｉからなる有底四角形筒状の枠体で、この枠体４７は前記第１のＸ軸方向支持部材２２、第２のＸ軸方向支持部材２７、第１のＹ軸方向支持部材３２および第２のＹ軸方向支持部材３９と連接された外周部６９を支持しているものである。
【００２６】
４８はＩＣで、このＩＣ４８は前記角速度センサ素子２０の外底面と上面で当接するとともに、上面の両側に複数のＩＣ用電極パッド４８ａを設けており、このＩＣ用電極パッド４８ａを前記角速度検出素子２０における素子用電極パッド２０ｂとリードワイヤー４８ｂにより電気的に接続されている。
【００２７】
また、前記ＩＣ４８は、図６に示すように、駆動回路４９と検出回路５０で構成され、そして、駆動回路４９は、Ｚ軸方向駆動回路５１ａと、Ｙ軸方向駆動回路５１ｂとで構成されているものである。そしてまた、前記Ｚ軸方向駆動回路５１ａは第１のＹ軸方向支持部材３２における外側モニタ圧電体３７と第２のＹ軸方向支持部材３９における内側モニタ圧電体４３とからの出力信号の差動値をＺ軸方向駆動回路５１ａにおけるＩＶ変換器５２、バンドパスフィルター５３およびＡＧＣ回路５４を介して外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０および内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１に入力することにより、質量部２１をＺ軸方向に一定の振幅で振動駆動させているものである。また、これと同様に、前記Ｙ軸方向駆動回路５１ｂは第１のＹ軸方向支持部材３２における内側モニタ圧電体３８と第２のＹ軸方向支持部材３９における内側モニタ圧電体４３とからの出力信号の差動値をＹ軸方向駆動回路５１ｂにおけるＩＶ変換器５２、バンドパスフィルター５６およびＡＧＣ回路５７を介して外側駆動圧電体３３、４０および内側駆動圧電体３４、４１に入力することにより、角速度センサ素子２０における質量部２１をＹ軸方向に一定の振幅で駆動振動させているものである。
【００２８】
そしてまた、前記検出回路５０はＹ方向コリオリ力検出回路５８とＸ方向コリオリ力検出回路５９とで構成され、そして、Ｙ方向コリオリ力検出回路５８は、第１のＹ軸方向支持部材３２における外側検出圧電体３５および内側検出圧電体３６の出力信号をＩＶ変換器６０に入力するとともに、第２のＹ軸方向支持部材３９における外側検出圧電体４２および内側検出圧電体４３の出力信号をＩＶ変換器６１に入力し、両者の差動を取った後、同期検波器６２によって、Ｚ軸方向の駆動周波数で同期検波することにより、Ｘ軸周りの角速度を検出するものである。また、前記Ｘ方向コリオリ力検出回路５９は、第１のＸ軸方向支持部材２２における外側検出圧電体２５および内側検出圧電体２６の出力信号を入力するＩＶ変換器６３と、第２のＸ軸方向支持部材２７における外側検出圧電体３０および内側検出圧電体３１からの出力信号を入力するＩＶ変換器６４からの出力信号との差動値を同期検波器６５によって、Ｚ軸方向の駆動周波数で同期検波することにより、Ｙ軸周りの角速度を検出するものである。さらに、これらと同様にして、同期検波器６６によって、Ｙ軸方向の駆動周波数で同期検波することにより、Ｚ軸周りの角速度を検出するものである。
【００２９】
６７は有底四角筒状のセラミックからなるケースで、このケース６７は前記角速度センサ素子２０およびＩＣ４８を内側に収納するとともに、上面に複数の接続用電極パッド６８を設けている。そして、前記ＩＣ４８におけるＩＣ用電極パッド４８ａとケース６７における接続用電極パッド６８とはリードワイヤー７０により、電気的に接続されている。
【００３０】
７１はウレタンゲルからなる防振部材で、この防振部材７１は、前記ケース６７の内側に充填されるとともに、この防振部材７１を角速度検出素子２０におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向にわたって設けている。
【００３１】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における３軸検出角速度センサについて、次に、その組立方法を説明する。
【００３２】
まず、予め準備したＳｉからなる基材（図示せず）の上面に、ＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極４４を蒸着により形成し、その後、共通ＧＮＤ電極４４の上面にＰＺＴ薄膜からなる外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１、外側検出圧電体２５、３０、３５、４２、内側検出圧電体２６、３１、３６、４３、外側モニタ圧電体３７および内側モニタ圧電体３８、６７を蒸着により形成する。
【００３３】
次に、外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１、外側検出圧電体２５、３０、３５、４２、内側検出圧電体２６、３１、３６、４３、外側モニタ圧電体３７および内側モニタ圧電体３８、６７の上面にＴｉとＡｕの合金薄膜からなる駆動電極４５、検出電極４６およびモニタ電極（図示せず）を形成する。
【００３４】
次に、共通ＧＮＤ電極４４側に電圧を印加するとともに、駆動電極４５、検出電極４６およびモニタ電極（図示せず）を接地することにより、外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１、外側検出圧電体２５、３０、３５、４２、内側検出圧電体２６、３１、３６、４３、外側モニタ圧電体３７および内側モニタ圧電体３８、６７を分極する。
【００３５】
次に、基材（図示せず）における不要な箇所を除去することにより、質量部２１、第１のＸ軸方向支持部材２２、第２のＸ軸方向支持部材２７、第１のＹ軸方向支持部材３２、第２のＹ軸方向支持部材３９、外周部６９および枠体４７からなる角速度検出素子２０を形成する。
【００３６】
次に、ＩＣ４８の上面に、前記角速度検出素子２０を接着剤（図示せず）により接着する。
【００３７】
次に、予め準備したケース６７の内側に支持用の治具（図示せず）を設置した後、さらに、その治具（図示せず）に前記角速度検出素子２０を一体に接着したＩＣ４８を載置する。
【００３８】
次に、角速度検出素子２０における素子用電極パッド２０ｂとＩＣ４８におけるＩＣ用電極パッド４８ａとをリードワイヤー４８ｂをボンディングすることにより電気的に接続した後、ＩＣ４８におけるＩＣ用電極パッド４８ａとケース６７における接続用電極パッド６８とをリードワイヤー７０により電気的に接続する。
【００３９】
次に、前記ケース６７の内側に、ＩＣ４８の外側面の途中が隠れるまで、液状のウレタンゲルからなる防振部材７１を充填した後、約１００℃で、約１時間加熱することにより、硬化させる。
【００４０】
最後に、治具（図示せず）を抜き取った後、防振部材７１に出来た治具（図示せず）による穴（図示せず）に液状のウレタンゲルからなる防振部材７１を再度充填し、防振部材７１を約５時間、常温雰囲気中に放置して自然硬化させる。
【００４１】
すなわち、樹脂製の防振部材７１をウレタンゲルとしたため、液状の状態で、角速度検出素子２０を収納するケース６７内に充填した後、防振部材７１を硬化させることができることとなり、これにより、容易に防振部材７１を角速度検出素子２０のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向にわたって設けることが出来るという作用効果を有するものである。
【００４２】
以上のように構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における３軸検出角速度センサについて、次に、その動作を説明する。
【００４３】
まず、最初に質量部２１にＸ軸周りの角速度が付加される場合を説明する。
【００４４】
まず、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１に正電圧を印加すると同時に、外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０に負電圧を印加すると、図７に示すように、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１は伸びるとともに外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０は縮むことになり、その結果、質量部２１は上方に向かって移動する。次に、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１に負電圧を印加すると同時に、外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０に正電圧を印加すると、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１は縮むとともに外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０は伸びることになり、その結果、質量部２１は下方に向かって移動する。すなわち、質量部２１はＺ軸方向の駆動周波数で速度Ｖの振動駆動をするものである。そして、この質量部２１の振動駆動は外側モニタ圧電体３７および内側モニタ圧電体６７から発生する出力信号が一定になるように、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１および外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０に印加する電圧を調整することにより、振動駆動の振幅を制御している。
【００４５】
そしてまた、質量部２１がＺ軸方向の駆動周波数で振動駆動をしている状態において、質量部２１がＸ軸方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、図８に示すように、質量部２１にＹ軸方向のＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、質量部２１はＹ軸方向に振動駆動するため、この振動駆動によって、例えば、図９に示すように、第１のＹ軸方向支持部材３２における外側検出圧電体３５および内側検出圧電体３６が伸びることにより正電荷が発生するとともに、第２のＹ軸方向支持部材３９における外側検出圧電体４２および内側検出圧電体４３が縮むことにより負電荷が発生する。そして、外側検出圧電体３５および内側検出圧電体３６から発生する電荷をＩＶ変換器６０により出力信号に変換するとともに、外側検出圧電体４２および内側検出圧電体４３から発生する電荷をＩＶ変換器６１により出力信号に変換し、両者の差動を取った後、図１０に示すように、Ｚ軸方向の振動駆動の周波数で、同期検波器６２によって同期検波することにより、Ｘ軸周りの角速度を検出するものである。
【００４６】
次に、質量部２１にＹ軸周りの角速度が付加される場合を説明する。
【００４７】
この場合も、前述したＸ軸周りの角速度を検出する場合と同様に、質量部２１がＺ軸方向に振動駆動をしている状態において、質量部２１がＹ軸方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、図１１に示すように、質量部２１にＸ軸方向のＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、質量部２１はＸ軸方向に振動駆動するため、この振動駆動によって、第１のＸ軸方向支持部材２２における外側検出圧電体２３および内側検出圧電体２５が伸びることにより正電荷が発生するとともに、第２のＸ軸方向支持部材２７における外側検出圧電体３０および内側検出圧電体３１が縮むことにより負電荷が発生する。そして、外側検出圧電体２３および内側検出圧電体２６から発生する電荷をＩＶ変換器６３により出力信号に変換するとともに、外側検出圧電体３０および内側検出圧電体３１から発生する電荷をＩＶ変換器６４により出力信号に変換し、両者の差動を取った後、図１２に示すように、Ｚ軸方向の振動駆動の周波数で、同期検波器６６によって同期検波することにより、Ｙ軸周りの角速度を検出するものである。
【００４８】
次に、質量部２１にＺ軸周りの角速度が付加される場合を説明する。
【００４９】
Ｚ軸周りの角速度を検出するためには、図１３に示すように、質量部２１がＹ軸方向に振動駆動をするようにする。
【００５０】
まず、第１のＹ軸方向支持部材３２における外側駆動圧電体３３および内側駆動圧電体３４に正電圧を印加すると同時に、第２のＹ軸方向支持部材３９における外側駆動圧電体４０および内側駆動圧電体４１に負電圧を印加すると、外側駆動圧電体３３および内側駆動圧電体３４は伸びるとともに外側駆動圧電体４０および内側駆動圧電体４１は縮むことになり、その結果、質量部２１は第１のＹ軸方向支持部材３２に向かって移動する。
【００５１】
次に、第１のＹ軸方向支持部材３２における外側駆動圧電体３３および内側駆動圧電体３４に負電圧を印加すると同時に、第２のＹ軸方向支持部材３９における外側駆動圧電体４０および内側駆動圧電体４１に正電圧を印加すると、外側駆動圧電体３３および内側駆動圧電体３４は縮むとともに外側駆動圧電体４０および内側駆動圧電体４１は伸びることになり、その結果、質量部２１は第２のＹ軸方向支持部材３９に向かって移動する。すなわち、質量部２１はＹ軸方向の駆動周波数で速度Ｖの振動駆動をするものである。そして、この質量部２１の振動駆動は内側モニタ圧電体３８、６７から発生する出力信号が一定になるように、外側駆動圧電体３３、内側駆動圧電体３４、外側駆動圧電体４０および内側駆動圧電体４１に印加する電圧を調整することにより、振動駆動の振幅を制御している。
【００５２】
そして、質量部２１がＹ軸方向に振動駆動をしている状態において、質量部２１がＺ軸方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、質量部２１にＸ軸方向のＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、質量部２１はＸ軸方向に振動駆動するため、この振動駆動によって、第１のＸ軸方向支持部材２２における外側検出圧電体２３および内側検出圧電体２５が伸びることにより正電荷が発生するとともに、第２のＸ軸方向支持部材２７における外側検出圧電体３０および内側検出圧電体３１が縮むことにより負電荷が発生する。そして、外側検出圧電体２３および内側検出圧電体２６から発生する電荷をＩＶ変換器６３により出力信号に変換するとともに、外側検出圧電体３０および内側検出圧電体３１から発生する電荷をＩＶ変換器６４により出力信号に変換し、両者の差動を取った後、図１４に示すように、Ｙ軸方向の振動駆動の周波数で、同期検波器６６によって同期検波することにより、Ｚ軸周りの角速度を検出するものである。
【００５３】
ここで、３軸検出角速度センサに外部より、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の衝撃荷重が同時に加わる場合を考えると、本発明の３軸検出角速度センサにおいては、シリコンゲルからなる防振部材７１を角速度検出素子１のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３軸方向にわたって設けているため、防振部材７１の粘弾性により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わっても角速度検出素子２０に生じる不要な振動を減衰させることとなる。従って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の衝撃荷重の影響により、３軸検出角速度センサから発生する出力信号の変動を防止できるものである。
【００５４】
すなわち、防振部材７１を角速度検出素子２０におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向にわたって設けたため、防振部材７１の粘弾性により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わっても角速度検出素子２０に生じる不要な振動を減衰させることができることとなり、これにより、角速度検出素子２０からの出力信号が安定するという作用効果を有するものである。
【００５５】
なお、本発明の一実施の形態における３軸検出角速度センサにおいては、防振部材７１をウレタンゲルとしたが、シリコンゲルとしても同様の効果を有するものである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る３軸検出角速度センサは、角速度センサに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わった場合であっても、出力信号が変動するということのない、出力信号の精度が向上した３軸検出角速度センサを提供できるという効果を有するものであり、特にＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向の角速度を検出することが可能な３軸検出角速度センサに適用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施の形態における３軸検出角速度センサの斜視図
【図２】同３軸検出角速度センサの側断面図
【図３】同３軸検出角速度センサにおける角速度センサ素子の側断面図
【図４】同３軸検出角速度センサにおける角速度センサ素子の上面図
【図５】同３軸検出角速度センサにおける角速度センサ素子の圧電体を設けた箇所の側断面図
【図６】同３軸検出角速度センサの回路図
【図７】同３軸検出角速度センサにおける角速度検出素子をＺ軸方向に振動駆動させる状態を示す側断面図
【図８】同３軸検出角速度センサのＸ軸周りの角速度を検出する状態を示す図
【図９】同３軸検出角速度センサにおける角速度検出素子がＹ軸方向のコリオリ力により動作する状態を示す側断面図
【図１０】同３軸検出角速度センサからの出力信号をＺ軸方向の駆動周波数で同期検波をする状態を示す波形図
【図１１】同３軸検出角速度センサのＹ軸周りの角速度を検出する状態を示す図
【図１２】同３軸検出角速度センサからの出力信号をＺ軸方向の駆動周波数で同期検波をする状態を示す波形図
【図１３】同３軸検出角速度センサのＺ軸周りの角速度を検出する状態を示す図
【図１４】同３軸検出角速度センサからの出力信号をＹ軸方向の駆動周波数で同期検波をする状態を示す波形図
【図１５】従来の角速度センサの斜視図
【図１６】従来の角速度センサにおける角速度検出素子の振動部が振動駆動する状態を示す上面図
【図１７】従来の角速度センサにおける角速度検出素子の振動部が動作する状態を示す上面図
【符号の説明】
【００５８】
２０  角速度検出素子
４８  ＩＣ
４８ａ  ＩＣ用電極パッド
６７  ケース
６８  接続用電極パッド
７０  リードワイヤー
７１  防振部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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